1. Zavedení
4140 Ocel je ocel s nízkým plechovkovým chromem.
Nabízí vynikající kombinaci síly, houževnatost, a opotřebení odporu, učinit z něj ideální kandidát na náročné průmyslové aplikace.
Tento článek zkoumá 4140 Slitická ocel z více technických perspektiv, včetně jeho chemického složení, mechanické chování, odezva tepelného zpracování, Machinability, korozní výkon, a běžná použití.
2. Chemické složení 4140 Slitinová ocel
Jedinečný výkon 4140 Slitinová ocel pochází z jeho pečlivě kontrolovaného chemického složení:
| Živel | Hmotnost % | Role v ocelových vlastnostech |
|---|---|---|
| Uhlík (C) | 0.38–0,43 | Zvyšuje sílu a ztvrdnost |
| Chromium (Cr) | 0.8–1.1 | Zlepšuje tvrdost, nosit odpor, a koroze |
| Mangan (Mn) | 0.75–1.0 | Zvyšuje houževnatost a deoxidaci |
| Molybden (Mo) | 0.15–0,25 | Zvyšuje odpor a hloubku kalení |
| Křemík (A) | 0.15–0,35 | Zvyšuje sílu, mírně zlepšuje houževnatost |
| Fosfor (Str) | ≤ 0.035 | Obvykle minimalizováno, aby se snížilo osvlení |
| Síra (S) | ≤ 0.04 | Přidáno pro osnovatelnost, ale může snížit houževnatost |
Ve srovnání s podobnými slitinami jako 4130 (nižší uhlík) a 4340 (Vyšší nikl), 4140 vyvažuje sílu a ospalitelnost, činí z něj praktické a nákladově efektivní řešení pro mnoho strukturálních aplikací.
3. Fyzikální vlastnosti 4140 Ocel
| Vlastnictví | Hodnota | Jednotka | Poznámky |
|---|---|---|---|
| Hustota | 7.85 | g/cm³ | Typické pro nízkoalomírské oceli |
| Modul elasticity (E) | ~ 205 | GPA | Tuhost v napětí a kompresi |
| Smykový modul (G) | ~ 80 | GPA | Užitečné pro torzní aplikace |
| Poissonův poměr | 0.27–0,30 | - | Poměr příčného napětí k axiálnímu napětí |
| Tepelná vodivost | 42.6 | W/m · k | Na 100 ° C.; s vyššími teplotami mírně klesá |
| Specifická tepelná kapacita | 475 | J/KG · K. | Přibližné při pokojové teplotě |
| Elektrický odpor | 205 | nΩ · m (Nano-Ohm metry) | Vyšší než čisté železo; nízká vodivost ve srovnání s mědi |
| Koeficient tepelné roztažnosti | ~ 12.0 | µm/m · k (20–100 ° C rozmezí) | Důležité při navrhování tepelného cyklování nebo rozměrové stability |
| Bod tání | 1416–1471 | ° C. | Užší dosah kvůli legovacím prvkům |
4. Mechanické vlastnosti 4140 Ocel
AISI 4140 je všestranná ocel z slitiny chromium-molybdenu známá pro svou vynikající mechanickou sílu, houževnatost, a odolnost proti únavě.
Tyto 4140 Ocelové vlastnosti se mohou výrazně lišit v závislosti na jejich stavu tepelného zpracování (NAPŘ., žíhané, normalizovaný, uhasit, nebo zmírněné).
Tabulka mechanických vlastností
| Vlastnictví | Žíhané | Uhasit & Temperované (Q&T) | Jednotka | Poznámky |
|---|---|---|---|---|
| Výnosová síla | ~ 655 MPa | Až do 1,600 MPA | MPA (Megapascals) | Q&T výrazně zlepšuje sílu |
| ~ 95 KSI | ~ 232 KSI | KSI (císařský) | ||
| Pevnost v tahu | 850–1 000 MPa | 1,000–1 100 MPa | MPA | Typický rozsah po různých tepelných ošetření |
| 123–145 KSI | 145–160 KSI | KSI | ||
| Prodloužení při přestávce | 25–30% | 12–18% | % | Vyšší tažnost v žíhaném stavu |
| Snížení plochy | ~ 50% | ~ 45% | % | Indikátor tažnosti a formovatelnosti |
| Tvrdost (Rockwell c) | 18–28 HRC | Až 50–55 hodin | HRC | Vysoce citlivý na zhášení a temperování |
| Charpy V-Notch houževnatost | >54 J (žíhané) | 20–35 j (Q&T na vysokou tvrdost) | Jouly | Výkon v aplikacích na načítání dopadu |
| Únava (Limit vytrvalostí) | ~ 420 MPa | Až do 700 MPA | MPA | V závislosti na povrchových úpravách a nakládacích cyklech |
| Modul elasticity (E) | ~ 205 GPA | - | GPA | Tuhost zůstává konstantní napříč podmínkami |
5. Chování tepelného zpracování 4140 Slitinová ocel
AISI 4140 Slitinová ocel vysoce reaguje na různé procesy tepelného zpracování, Umožnit mu dosáhnout širokého spektra mechanických vlastností přizpůsobených konkrétním inženýrským aplikacím.
Jeho obsah chromu a molybdenu zvyšuje jeho ztvrdnost, což je obzvláště vhodné pro zhášení a temperační operace.
Běžné procesy tepelného zpracování
| Proces | Typický teplotní rozsah (° C.) | Účel |
|---|---|---|
| Žíhání | 760–790 ° C. | Rafinuje strukturu zrn, změkčuje ocel, Zlepšuje majitelnost |
| Normalizace | 870–900 ° C. | Zvyšuje uniformitu, Rafinuje strukturu, zvyšuje mechanickou konzistenci |
| Zhášení | ~ 845–875 ° C., následuje olej/voda/polymerní zhášení | Produkuje martenzitickou strukturu pro vysokou tvrdost a sílu |
| Temperování | 400–650 ° C. (post-quench) | Upravuje tvrdost, uvolňuje vnitřní stres, Zlepšuje tažnost & houževnatost |
| Východní temperování | Uhasit na 260–400 ° C., Držte až do transformace | Produkuje bainitickou strukturu, snižuje zkreslení, vyvažuje vyrovnávání síly |
6. Majitelnost a výroba 4140 Ocel
Machinability
Materiál 4140 Ocel vykazuje mírnou majitelnost ve svém žíhaném stavu a stává se náročnějším, jak se zvyšuje tvrdost.
V žíhaném stavu (Obvykle kolem 18–22 hodin), Může být obroben vysokorychlostními ocelovými nebo karbidovými nástroji, poskytování dobré povrchové úpravy a přijatelné životnosti nástroje.
Však, Jakmile je ocel uhasit a zmírněn na vyšší úroveň tvrdosti (například 30–50 hodin), jeho majitelnost se snižuje.
V této fázi, nástroje karbidu, nižší řezné rychlosti, a nastavení tuhého stroje se stává nezbytným, aby se zabránilo opotřebení nástrojů a zkreslení částečného.
Pro Otočení CNC, frézování, nebo vrtné operace, Použitím správných metod chlazení - zejména chladicí kapalinu povodně - rozkládají teplo a zlepšují evakuaci čipů.
Vrtání tvrdší 4140 Sekce často vyžadují kobalt nebo nástroje s karbidovým hrotem, Zatímco klepání na tvrzené části může mít prospěch spíše z frézování vláken nebo vytváření kohoutků než konvenčních řezacích kohoutků.
Svařování
Svařování 4140 Ocel vyžaduje opatrnost kvůli své vysoké ztvrdlení a riziku praskání.
Zmírnit tato rizika, Předehřívání obrobku - typicky na 200–400 ° C v závislosti na tloušťce - je důrazně doporučeno.
Udržování teploty interpassu kolem 200–300 ° C pomáhá zabránit tepelnému nárazu a praskání vyvolané vodíkem.
Po svařování, Získání na stresování složky při přibližně 600–650 ° C pomáhá obnovit tažnost a snižovat zbytkové napětí.
Pro zajištění kompatibility a snížení porozity se obvykle používají elektrody s nízkým hydrogenem, jako je E8018-B2 nebo ER80S-D2.
V kritických aplikacích, po západním tepelném zpracování (PWHT) je nezbytné k udržení integrity a houževnatosti svařované zóny.
Chladné a horké formování
4140 Slitinová ocel může být chladná v jeho žíhaném stavu, Ačkoli jeho vyšší síla ve srovnání s nízkouhlíkovými ocelimi omezuje jeho tažnost.
Procesy formování nachlazení, jako je kresba a swaging.
Horká práce, včetně kování a válcování tepl, je pro ocel příznivější 4140.
Ideální rozsah teplotního rozsahu je mezi 900 ° C a 1200 ° C, s materiálem obvykle dokončený nad 850 ° C.
Po vytvoření horkého, Normalizace nebo žíhání se doporučuje zdokonalit strukturu zrn a připravit ocel pro konečné obrábění nebo tepelné zpracování.
7. Odolnost proti korozi 4140 Ocel
Zatímco 4140 Slitická ocel vyniká v mechanické síle, postrádá inherentní odolnost proti korozi.
Ve vlhkém nebo mořském prostředí, snadno oxiduje, pokud není chráněno. Čelit tomu, povrchové ošetření, jako je:
- Nitriding pro odolnost proti tvrzení a oxidaci
- Povlak s černým oxidem Pro ochranu proti lehké korozi
- Elektroplatování nebo malba v prostředích s vysokou lidskou pokojem
8. Běžné formy a standardy
4140 Slitinová ocel je k dispozici v celé řadě komerčních forem, aby vyhovovala různým průmyslovým aplikacím.
Jeho dostupnost v různých tvarech, v kombinaci s vynikajícími mechanickými vlastnostmi a všestranností tepelného zpracování, činí z něj oblíbenou volbu jak ve standardních i na míru.
Běžné formy 4140 Ocel
Výrobci a výrobci mohou získat 4140 ocel v mnoha formách, v závislosti na zamýšleném použití a požadovaném zpracování:
- Kulaté tyče: Běžně se používá pro hřídele, kolíky, rychlostní stupně, a spojovací prvky, kulaté tyče jsou jednou z nejčastěji dodávaných forem oceli 4140 kvůli jejich všestrannosti při obrábění a tepelném zpracování.
- Ploché tyče a talíře: Ideální pro nástroje, Noste komponenty, a strukturální části vyžadující velké povrchové kontaktní oblasti.
Tyto formy jsou také vhodné pro řezání plamene nebo zpracování vodních paprsků. - Padělané prsteny a disky: Používá se ve vysoce pevných rotujících strojích, jako jsou závody ložiska, spojky, a příruby.
- Duté tyče a trubice: Preferováno v aplikacích vyžadujících snížení hmotnosti při zachování síly, jako jsou hydraulické válce a díly obsahující tlak.
- Bloky a sochory: Vhodné pro vlastní obrábění a velké kované komponenty. Obvykle se používají při tvorbě a těžkém průmyslovém vybavení.
Průmyslové standardy a označení pro 4140 Ocel
| Standardní organizace | Označení | Region/země | Popis |
|---|---|---|---|
| ASTM | ASTM A29 | Spojené státy | Obecná specifikace pro tyčinky uhlíku a slitin |
| ASTM | ASTM A322 | Spojené státy | Specifikace pro ocelové tyče z slitin používaných v mechanických aplikacích |
| ASTM | ASTM A519 | Spojené státy | Specifikace pro bezproblémové mechanické hadičky z uhlíku a slitiny |
SAE |
SAE 4140 | Spojené státy | Ocel Chromium-Molybdenum pro automobilové a inženýrské aplikace |
| AISI | AISI 4140 | Spojené státy | Běžně používané označení zarovnané s SAE 4140 |
| V / Z | 1.7225 / 42CRMO4 | Evropa / Německo | Evropský ekvivalent pod EN 10083 Pro ocenění a temperamentní oceli |
| On | SCM440 | Japonsko | Japonský ekvivalent pro vysoce pevnou ocel z slitiny |
| GB | 42CRMO | Čína | Čínský ekvivalent s podobnými mechanickými vlastnostmi |
9. Aplikace 4140 Slitinová ocel
Ocel 4140 je materiál v aplikacích vyžadujících sílu, houževnatost, a opotřebení odporu při únavě a nárazu:
- Automobilový průmysl: rychlostní stupně, klikové hřídele, Tráhací tyče, nápravy
- Aerospace: Komponenty přistávacího zařízení, ovladače
- Olej & Plyn: Vrtací límce, Hydraulické lomové části
- Výrobní: Mandrels, umírá, formy, držáky nástrojů
Případová studie: Ve srovnávacím testu únavy, ocel 4140 Q&Třídní hřídel T 10x životnost podobného designu vyrobeného z měkké oceli, zdůraznění jeho dlouhodobé hodnoty.
10. Výhody a omezení 4140 Slitinová ocel
Výhody:
- Vysoký Síla k váze poměr pro strukturální aplikace
- Vynikající nosit odpor Po kalení
- Všestranné tepelné zpracování odpověď
- Snadno dostupné ve více formách a standardech
Omezení:
- Není vhodné pro korozivní prostředí bez ochrany povrchu
- Vyžaduje Pečlivé svařování praktiky, jak se vyhnout praskání
- Vyšší náklady a složitost než obyčejné uhlíkové oceli
11. Závěr
4140 Slitinová ocel nabízí přesvědčivou směs mechanické pevnosti, houževnatost, a opotřebení odporu, učinit je nezbytným v aplikacích kritického inženýrství v oblasti výkonu.
Když je správně ošetřeno a chráněno tepelně, Poskytuje výjimečnou životnost za náročných provozních podmínek.
Ať už pro letectví, energie, nebo komponenty nástrojů, materiál 4140 Ocel zůstává jedním z nejdůvěryhodnějších a nejvíce schopných materiálů v moderní výrobě.
Inženýři, kteří chápou jeho požadavky na chování a zpracování, mohou plně využít svůj potenciál.
TENTO je perfektní volbou pro vaše výrobní potřeby, pokud potřebujete vysoce kvalitní 4140 Ocelové díly.
